[实用新型]一种提高排烟效率的竖井结构

说明书

本实用新型提供了一种提高排烟效率的竖井结构，通过在隧道内竖井下方设置一块挡板，来改变火灾发生时，隧道和竖井内的烟流运动情况，抑制烟气层吸穿的发生，改善排烟效果。以长60米、宽12米、高5.4米的隧道，竖井上部开口横截面尺寸为长3米、宽3米，下部开口截面尺寸为长5米、宽3米，竖井下部与隧道顶棚呈45度角，高度为5米的竖井为例说明此种设计，此时，挡板的面积为竖井下部开口面积的0.5‑2.0倍，挡板与隧道顶棚的垂直距离设置为隧道高度的0.06‑0.28倍，可以抑制吸穿现象的发生，极大地提高排烟效率。本实用新型结构简单，经济投入少，能有效的克服竖井自然排烟过程发生吸穿现象对排烟的不利影响，具有广阔的应用前景和重要的实际意义。

技术领域

本实用新型属于火灾安全技术领域，具体涉及一种提高排烟效率的竖井结构。

背景技术

随着世界各国城市化进程不断加快，城市用地与土地资源稀缺的矛盾越来越尖锐，城市人口的数量急剧增加，伴随而来的是人均道路面积持续下降。在这种背景下，开发利用地下空间就成了缓解这一矛盾的必然选择。近年来出现了大量的城市地下公路隧道，缓解了城市的交通压力。城市地下公路隧道是一种典型的狭长空间型建筑，在给人们的出行带来便利的同时，也给火灾防治带来了新的课题。近年来陆续发生了多起重特大隧道火灾，造成了惨重的人员伤亡和财产损失。统计结果表明，造成火灾中人员伤亡的主要因素是由于不完全燃烧所产生的高温有毒烟气。

为了隧道内日常通风换气和在火灾情况下排出烟气和热量以保障隧道内人员的安全疏散，公路隧道通常采用纵向、横向、半横向通风排烟系统。在城市隧道中，排烟的目的是在火灾早期排出烟气和热量，保持烟气层稳定，防止火灾跳跃式蔓延并确保人员安全疏散。若采用射流风机进行纵向通风，会造成隧道出口处污染物浓度过高，难以满足城市环保要求。而且在火灾条件下较大的纵向风速容易破坏隧道内的烟气分层，不利于火灾早期的人员疏散。采用横向和半横向机械排烟系统会极大增加隧道基建和运营管理费用。因此，在隧道顶部设置开口进行自然通风和排烟成为城市隧道的合理选择之一。

目前，若干城市地下隧道开始尝试采用自然排烟方式，并进行了现场实验，证明了在隧道顶部设置竖井进行自然排烟的可行性。城市隧道自然通风方式是指隧道的顶部每隔一定距离设置与外界大气相通的通风竖井，使得外界的空气与隧道内的空气进行交换，以达到对隧道空间的空气温度、湿度、流速等进行调节的目的。隧道发生火灾后，利用竖井中产生的烟囱效应可将烟气直接从隧道内排出，即排出了火灾产生的热量，也会延迟隧道顶棚下方烟气的沉降，为人员疏散争取了宝贵时间。

采用竖井自然排烟的城市公路隧道内发生火灾时，烟气有两种主要的蔓延途径：在远离竖井的区域，烟气在隧道顶棚下方水平蔓延；当蔓延至竖井下方时，部分烟气在浮力作用下向竖井内流动。而烟囱效应是隧道内发生火灾时烟气能够迅速通过竖井排出的主要因素，也是烟气在竖直方向运动的主要驱动力。烟囱效应主要是由隧道内热烟气和环境中冷空气的温度差引起的，温度差引起密度差，从而使烟气在竖井内受浮力作用向上运动。而温差越大，或竖井高度越高，烟囱效应就会越强。

近期，发明人采用小尺寸实验发现了竖井自然排烟过程中发生的边界层分离和吸穿现象。当竖井高度较低时，会发生边界层分离现象，在竖井的左侧壁面附近会存在一个烟气浓度比较低的区域，该区域内只有少量的烟气，也就是说在此高度下竖井的左侧区域基本没有烟气排出，竖井的有效排烟面积大大降低，这严重降低了竖井排烟的有效性。当竖井升高到一定高度时，竖井左侧低烟气浓度区域消失，而在竖井底部中心处出现了凹陷区，发生吸穿现象。

由于竖井下端与隧道顶棚之间的连接角度是直角，当烟气在较强的水平惯性力作用下运动到竖井下部并流入竖井时会立刻与竖井左侧壁面分离，以竖井与隧道顶棚连接外为分离点向下游运动，即发生了所谓的边界层分离现象，竖井排烟时边界层分离现象的发生将会大大降低竖井排烟的有效性。针对这种现象，发明人已经提出了将隧道内自然排烟的直角竖井改为斜角竖井，而且提出了斜角竖井的具体结构，在原直角竖井的基础上克服了边界层分离现象对竖井自然排烟带来的不利影响。